|
|
ОСНОВЫ ТЕОРИИ АВТОМАТИЧЕСКОГОСтр 1 из 4Следующая ⇒ ОСНОВЫ ТЕОРИИ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ. ПРОМЫШЛЕННЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ Основные понятия и определения ТАР Регулированием называется воздействие на объект с целью привести его в желаемое состояние или положение. Любой технологический процесс характеризуется определенным набором технологических параметров – физических величин, которые в указанном процессе поддерживаются постоянными или изменяются по какому-либо закону. Эти величины называются регулируемыми параметрами. К технологическим параметрам, оказывающим существенное влияние на большинство технологических процессов, можно отнести следующие параметры: • Т – температура; • Р – давление; • L – уровень; • F – расход и некоторые другие. Кроме того, технологические процессы подвержены действию различных факторов, случайных по своей природе, которые нельзя заранее предусмотреть. Такие факторы называются возмущающими воздействиями или возмущениями. К ним относятся: • изменение нагрузки; • воздействие внешней среды; • воздействие внутренних помех. Возмущающие воздействия на технологический процесс вызывают отклонения параметров от их оптимальных значений. Нормальный ход процесса нарушается. Таким образом, возникает необходимость в регулировании протекания технологических процессов. Автоматическим регулированием называется процесс поддержания на заданном уровне или изменения по какому-либо закону параметров в технических устройствах, осуществляемый с помощью автоматических регуляторов без непосредственного участия человека. Объектом регулирования называется технологический процесс вместе с техническим оборудованием, в котором он протекает. Автоматическим регулятором называется техническое устройство, которое уменьшает или совсем ликвидирует отклонение регулируемого параметра от его заданного значения. Системой автоматического регулирования называется совокупность объекта регулирования и автоматического регулятора, взаимодействие которых приводит к выполнению поставленной цели регулирования. В общем виде систему автоматического регулирования (далее САР) и её взаимодействие с внешней средой можно представить в виде структурной схемы.
Рис. 1.1. Структурная схема САР: f(t) – возмущающее воздействие, нарушающее нормальную работу объекта регулирования; yФ(t) – регулируемый параметр, характеризует желаемое состояние или положение объекта регулирования; yЗ(t) – задающее воздействие (задание), содержащее информацию об оптимальном значении регулируемого параметра или законе его изменения; х(t) – регулирующее воздействие, которое уменьшает или совсем ликвидирует отклонение регулируемого параметра от его заданного значения
На вход САР подаётся задающее воздействие yЗ. Регулирующее воздействие х(t) вырабатывается в результате обработки информации о регулируемом параметре yФ, задающем воздействии yЗ и возмущающем воздействии f(t). Возможно построение САР использующих только часть информации. Классификация САР Классифицировать САР можно по большому числу признаков. Выделим главные из них, наиболее существенные с позиций теории автоматического регулирования. По принципам регулирования: 1. По задающему воздействию При регулировании только по задающему воздействию yЗ, не учитываются действительное значение регулируемого параметра уФ (t) и возмущающего воздействия f(t). Подобные САР дают удовлетворительное качество регулирования лишь при высокой стабильности параметров системы и внешней среды и при невысоких требованиях к точности регулирования. 2. По возмущению
Рис. 1.2. Структурная схема САР по возмущению При регулировании по возмущению после предварительного измерения возмущающего воздействия f (t) осуществляется регулирующее воздействие на объект регулирования компенсирующее это возмущение. Недостатки: 1. Регулирование осуществляется лишь по тому возмущению, которое измеряется регулятором. При наличии других возмущений задача регулирования не выполняется. 2. Отклонение с течением времени может увеличиваться из-за нестабильности параметров САР. 3. Отклонение существенно зависит от инерционности САР. Существуют САР, регулирующие по двум воздействиям: задающему уЗ(t) и возмущающему f(t). Пример 1. Регулирование уровня жидкости в емкости. Объект регулирования – емкость, с притоком и потреблением. Цель регулирования – поддерживать заданный уровень жидкости при действии возмущения – расхода жидкости на потребление. Регулирующее воздействие – расход жидкости на притоке.
Рис. 1.3. Регулирование уровня жидкости в емкости по возмущению: АР – автоматический регулятор, Д – датчик расхода, З – задвижка, Н – насос Регулятор измеряет потребление F2 и открывает задвижку, чтобы обеспечить равенство притока и потребления: F1 = F2. 3. По отклонению с отрицательной обратной связью
САР, работающие по отклонению, являются системами с обратной связью. Под обратной связью понимают подачу сигнала с выхода САР на ее вход. При регулировании по отклонению с отрицательной обратной связью определяется рассогласование ε(t)= yЗ(t) – yФ(t) и осуществляется регулирующее воздействие на объект регулирования, приводящее к уменьшению рассогласования. Регулирующее воздействие формируется независимо от причин вызвавших это отклонение. Вызвано ли оно возмущающим или задающим воздействием в любом случае САР отреагирует на возникшее отклонение, стремясь уменьшить или полностью ликвидировать это отклонение.
Недостатки: 1. Допускаются отклонения – чтобы ликвидировать рассогласование надо его допустить. 2. Системы с обратной связью склонны к колебаниям. Пример 2. Регулирование уровня жидкости в емкости
Рис. 1.5. Регулирование уровня жидкости в емкости по отклонению: АР – автоматический регулятор, Д – датчик уровня; С – устройство сравнения (сумматор); З – задвижка, Н – насос Регулятор сравнивает измеренное значение уровня LФ с заданным LЗ и открывает задвижку, чтобы скомпенсировать рассогласование ε. 4. Комбинированные В комбинированных САР регулирующее воздействие осуществляется одновременно по информации о трех величинах: задающему воздействию yЗ(t), не учитываются действительное значение регулируемого параметра уФ(t) и возмущающего воздействия f(t). Подобные САР имеют более высокое качество регулирования, т.к. информация о значении возмущающего воздействия f позволяет начинать компенсацию внешнего воздействия раньше, чем возникнет достаточно большое отклонение. По цели регулирования: 1. Системы автоматической стабилизации -задающее воздействие постоянно во времени: уЗ = const. 2. Системы программного регулирования -задающее воздействие изменяется по заранее заданному закону (программе): уЗ = f(t). Например, система перемещения режущего инструмента в станках с программным управлением. 3. Следящие системы -задающее воздействие изменяется по заранее неизвестному закону и для системы является случайной величиной. Например, система управления антенной радиолокатора в режиме сопровождения цели. Луч, излучаемый антенной, должен быть все время направлен на цель независимо от совершаемых ею маневров. Поэтому задающее воздействие - угловые координаты цели - оказывается случайной для системы величиной. Структурный анализ САР Представление разнообразных элементов автоматики в виде ограниченного числа динамических звеньев позволяет оценивать поведение САР на основе анализа их структурных схем. Структурной схемой САР называется схема, которая отражает число и тип динамических звеньев, характер связей между ними и служит для исследования динамических свойств системы. В результате на основании передаточных функций отдельных динамических звеньев становится возможным определить передаточную функцию всей системы в целом. На структурной схеме типовое динамическое звено условно изображается в виде прямоугольника с указанием передаточной функции внутри него. Направления передачи сигналов обозначаются стрелками. Соединяться между собой динамические звенья могут лишь тремя способами: Последовательное соединение
W = W1 × W2. Рис. 1.8. Последовательное соединение звеньев Параллельное соединение
W = W1 + W2
Рис. 1.9. Параллельное соединение звеньев Качественные показатели САР
Требования, предъявляемые к САР можно разделить на четыре группы:
1. требования к запасу устойчивости системы; 2. требования к величине ошибок в установившемся состоянии, т.е. к статической точности регулирования; 3. требования к поведению системы в переходном процессе (условия качества регулирования); 4. требования к динамической точности системы, т.е. к величине ошибок при наличии непрерывно изменяющихся воздействий.
Устойчивость САР является необходимым условием работоспособности системы. При этом требование устойчивости должно удовлетворяться с некоторым запасом, таким образом, чтобы возможное изменение параметров САР в процессе работы не привели ее в неустойчивое состояние.
Статическая точность регулирования оценивается статической ошибкой – разностью между заданным значением и фактически установившимся значением регулируемого параметра по окончанию процесса регулирования:
Поведение САР в переходном процессе, вызванном типовым воздействием, характеризуется показателями качества регулирования: 1. Время регулирования (длительность переходного процесса) τ ПЕР – время, по прошествии которого рассогласование становится меньше 5% от заданного значения.
Рис. 1.11. Кривая переходного процесса и показатели качества регулирования. 2. Перерегулирование σ –
Допустимым считается перерегулирование до 50 %. 3. Число колебаний за время регулирования NРЕГ. Допустимым считается не более 3 колебаний. Выбор регулятора в САР Реальные объекты всегда подвергаются в той или иной степени действию возмущений. При отсутствии регулятора возмущение отклоняет технологические параметры от оптимальных значений. Для объектов с самовыравниванием максимальное значение отклонения и продолжительность отклонения определяется, в первую очередь, величиной и временем действия возмущений, а также степенью самовыравнивания. Если осуществлять регулирование данного объекта, то можно уменьшить абсолютную величину отклонения и время, в течении которого отклонение будет продолжаться. Функционирование нейтральных и неустойчивых объектов, где отклонение с течением времени может стать сколь угодно большим, вообще невозможно без регулирования. Таким образом, включение регуляторов в одну систему с объектом позволяет получить желаемое качество процесса изменения регулируемого параметра. Объект регулирования, в отличие от остальных элементов САР, является заранее заданным элементом, свойства которого определяются его назначением в технологическом процессе и являются неизменяемыми. Проектирование САР при известных динамических свойствах объекта заключается в том, чтобы, на основании исследования уравнений системы, выбрать тип регулятора и определить значения его настроечных параметров, при которых обеспечивается требуемое качество регулирования технологического процесса. При отсутствии точных сведений о динамических свойствах проектируемого объекта выбор регулятора можно производить по аналогии с действующими объектами или же на основании о предполагаемых свойствах, учитывая критерии выбора регуляторов. По соотношению запаздывания (τ З) и постоянной времени объекта (τ О) можно выбрать тип регулятора: 1. Позиционные регуляторы применяют для регулирования объектов: • с небольшой емкостью (постоянной времени объекта); • с небольшим запаздыванием; • малых изменениях параметра. Критерий выбора регулятора:
2. Импульсные регуляторы применяют для регулирования объектов: • со средней емкостью; • небольшим запаздыванием; • медленных изменениях параметра. Критерий выбора регулятора:
1. Непрерывные регуляторы могут применяться во всех случаях.
ОСНОВЫ ТЕОРИИ АВТОМАТИЧЕСКОГО   Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...  ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...  Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...  Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
|
